Električni otpornici

 

Električna struja koja teče kroz provodnik. Veličine koje mjerimo u strujnom kolu su: napon (V), jačina struje (I) i otpor (R). Napon je razlika potencijala, struja je količina elektriciteta, koja teče kroz provodnik. Otpor je sila trenja, koja se opire protoku elektrona kroz provodnik.

 

 

 Šta je otpornik?

Uređaj koji se opire protoku električne struje. Koristi se za kontrolu struje i napona. Otpornici su napravljeni od tvari velikog specifičnog otpora.

 

Otpornici su napravljeni od tvari velikog specifičnog otpora.

Postoji mnogo vrsta otpornika. Otpornici mogu biti fiksni i promjenljivi.

Fiksni otpornici imaju istu otpornost za širok spektar temperatura i električne struje. Boje na otporniku označavaju koliki je otpor nekog otpornika slika iznad.

Najčešće se primjenjuje otpornik sa klizećim kontaktom. Na valjkasto tijelo od izolatora namotana je žica od mangana, cekasa ili neke druge legure, iznad nje se nalazi deblja metalna šipka po kojoj klizi metalni kontakt. Pomjeranjem žice može se mijenjati otpor. Osim njih postoje i otpornici kojima se vrijednost može mijenjati (podešavati) mehaničkim putem (zakretanjem osovine ili pomicanjem klizača) pa ih nazivamo promjenljivim otpornicima ili potenciometrima. Koriste se kad zbog namjene treba njihov otpor često mijenjati pri radu. Za jače otpore koristi se otpornik s ručicom. On se sastoji iz više otpornih žica zategnutih na metalnom ramu. Kad se pomjera ručica, mijenja se otpor.

Postoje i polupromjenljivi (trimerski) otpornici, ako se pri ugađanju električnog sklopa njihov otpor podesi i više se ne mijenja. Kao što smo naveli otpornici kojima se stvarna vrijednost otpora neznatno mijenja pod različitim radnim uslovima i ne može se podešavati nakon što je otpornik proizveden zovu se stalni – fiksni otpornici.

Otpornike kao i druge električne uređaje možemo predstaviti  simbolima.

 

 

Otpor

 

U neprovodnom ili lošem provodniku, atomi su tako raspoređeni da se u velikoj mjeri otporni ili ometaju putovanje elektrona. Ovaj otpor je sličan trenju crijeva od vode koja se kreće kroz njega.

Jedinica za mjerenje električnog otpora je om. Provodnik kao komad metala ima svoje atome tako raspoređene da elektroni lako mogu da prolaze oko atoma sa malo trenja ili otpornosti.

 

 

 

 

 

Primjer: Na slici ispod vidimoda sijalica najajče svijetli ako u kolo nije priključen otpornik. Slabije kada se priključi otpornik od 4Ώ, a još slabije kada je priključen otpornik od 6Ώ.

 

 

 

Sprava za mjerenje optora zove se ommetar

.

 

 

 

 

 

 

Koja je veza između jačine struje, napona i otpora?

 

 

 

Veza između jačine struje, napona i otpora objasino je George Om

 

Postoje dva načina da ovo dokažemo:

Metod 1: Koristimo strujno kolo gdje mijenjamo vrednost napona  i očitavamo vrijednost  jačine struje za svaku  vrijednost napona.

Metod 2: Koristimo fiksni napon,  mijenjamo otpor i promjenu otpornosti i pratimo promjene napona.

Potrebni elemnti za strujno kolo::

  • Baterija
  • Voltmetar
  • Ampermetar
  • Otpornik
  • Promjenljivi otpornik
  • Prekidač

 

Primjer 1: Izvešćemo ogled kako bismo ustanovili vezu između napona i jačine struje. U strujno kolo ćemo vezati ampermetar i voltmetar i jedan otpornik čiji će otpor tokom ispitivanja ostati nepromjenjen.Pri određenom naponu U voltmetar će pokazati jačinu struje I. Mjerenja u tabeli pokazuju da ukoliko  povećamo vrijednost napona za dva puta i jačina struje će se povećati dva puta.

 

Ova mjerenja koriste se za da ustanovimo kako se struja mijenja, kada se promijeni napon.  Odnos napona i jačine struje za otpornik je stalan i može se koristiti za grafičko prikazivanje zavisnosti struje od napona. Ukoliko mjerenjem dobijemo slijedeće vrijednosti napona kao u tabeli i nanesemo ih na grafik:

Grafik struje napona i fiksnog otpornika na konstantnoj temperaturi je ravna linija koja prolazi kroz koordinatni početak. To pokazuje da je struja kroz otpornik proporcionalna primenjenom naponu.

 

 

Primjer 2: Ponovimo eksperiment nekoliko puta promjenimo otpor pomoću reostata, srazmjerno će se mijenjati i jačina struje. Zabilježite rezultate mjerenja u tabeli.

Iz tabele vidimo da je odnos  uvijek stalan. Što potvrđuje Omov Zakon, . odnosno, otpor provodnika ostaje konstantan na konstantnoj temperaturi, bez obzira na to koji primenjeni napon se koristi za mjerenje.

 

Omov zakon

Omov zakon

Georg Simon Ohm (1787-1854)

Kao srednjoškolski učitelj, Om je  započeo istraživanje elektrohemijske  ćelije/baterije, koju je skoro bio otkrio italijanski grof Alesandro Volta.  Koristeći opremu koju je sam  napravio, Om je utvrdio da je struja  koja teče kroz provodnik direktno propocionalna (srazmerna) sa površinom poprečnog presijeka i obrnuto proporcionalna (srazmjerna) sa njenom dužinom.

Om je radio svoje eksperimente u vezi  električne otpornosti provodnika  između 1825. i 1826. god. i objavio svoje rezultate u knjizi “Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet” (Galvanska električna kola proučavana matematički).

Po njegovom imenu naziv merne jedinice za električni otpor u SI sistemu jedinica je om [Ω].

 

 

Omov zakon za dio strujnog kola

Omov zakon definiše odnos tri fizičke veličine koje karakterišu električnu struju u provodniku. To su jačina električne struje koja protiče kroz provodnik, električni napon ili razlika električnog potencijala na krajevima provodnika i električna otpornost provodnika.

Ohmov zakon izražava odnos između struje (I), napona (U) i otpora (R) u krugu. Ohmov zakon se može izraziti na tri različita načina i može se primijeniti na cijelo strujno kola ili na bilo koji dio kola. Kada su poznate dvije veličine, treća nepoznata veličina se može izračunati pomoću Ohmovog zakona.

Om je odredio zavisnost napon na nekim krajevima provodnika  kroz koji  teče struja ITada se fizička veličina otpor provodnika može definisati kao odnos napona i jačine struje.

Jačina električne struje u nekom dijelu kola, upravo je srazmjerna naponu na krajevima tog dijela kola a obrnuto srazmjerna njegovom električnom otporu.

 gdje je: 

Ako je na krajevima otpornika od 1 Ω , napon 1V onda kroz njega protiče struja od 1A.

Primjenom različitih napona uvijek ćemo mjerenjem dobiti različite vrijednosti jačine struje. I to izražavamo preko odnosa koji smo napisali.

Otpor od jednog oma (1 Ώ) ima onaj provodnik kroz koji teče struja od jednog ampera (A), kad se na njegove krajeve priključi napon od jednog volta (1 V)-  pa možemo napisati

 

Pomoću  truogla, možemo lako naći izraz za bilo koju od tri veličine.

Koristeći trougao lako je naći jednu nepoznatu od tri veličine, ukoliko su dvije poznate:

Navedeni izraz predstavlja Omov zakon za dio strujnog kola.

 

Omov zakon važi samo za metalne provodnike. Ne važi  za ljudsko tijelo, poluprovodnike i diode. Grafik zavisnosti struje od napona nije prava linija.

 

Kratki spoj

Kratki spoj je stanje strujnog kruga, kada je otpor između 2 promatrane točke u strujnom kolu približno jednak nuli, što ima za posljedicu vrlo velike iznose struja. Posljedice kratkog spoja jednog dijela električnog kola imaju za posljedicu povećanje električne struje u ostalim dijelovima. Uz uništenje elemenata kola treba naglasiti i opasnost od požara i dodatne materijalne štete.

 

 

 

 

 Omov zakona za cijelo strujno kolo

 

EMF i razlika potencijala (pad napona)

U bilo kom strujnom kolu  postoje komponente koje  dovode do protoka električne  struje kroz kolo i uređaja koji  troše pretvaraju električnu energiju u druge oblike. Svaki uređaj koji obezbjeđuje protok električne struje kroz strujno kolo je elektromotorna sila (emf), a  uređaj koji ga koristi električni struju kao što je sijalica na primjer ili otrpornik dovodi do pada napona  na dijelu strujnog kola.

 

Unutrašnji otpor

Akumulatori i baterije tokom korištenja često puta se zagriju.

Odakle dolazi toplotna energija?

Baterija se zagrijeva zbog eleketriciteta koja se kreće kroz unutrašnjost  baterije. Otpor unutar baterije pretvara određenu električnu energiju, koja nastaje zbog hemijske reakcije u toplotu. Tako da svaka baterija ima svoj unutrašnji otpor r.

Da bi se baterija koristila kao izvor u nekom strujnom kolu, mora se prije toga uzeti u obzir njen unutrašnji otpor.  Najveća efikasnost baterije je kad je spoljašnji otpor mnogo puta veći od unutrašnjeg otpora baterije.

Baterije koje daju male napone i velike jačine struje, kao što je akumulator, moraju imati nizak unutrašnji otpor, kao što je prikazano na slici iznad. Snabdevanje visokonaponskim napajanjem, koje proizvode hiljade volti, mora imati izuzetno visoku unutrašnju otpornost kako bi ograničila jačina struje,  da ne bi došlo  došlo do kratkog spoja.

 

Definisanje unutrašnjeg otpora izvora

Kao U = E-Ir, ako grafikon kola, U, jačine sturje  I, gradijent grafika će biti jednak unutrašnjem otporu baterije. (negativan jer se grafik opada)

 

 

Mjerenjem vrijednosti struje i pada napona možete grafiti grafikon i naći unutrašnji otpor i emf ćelije- baterije. Ako u seriji postoji više od jedne ćelije-baterije, moraju se dodati i njihovi unutrašnji otpori.

  

Kad je U=RI pad napona na spoljašnjem dijelu strujnog kola

Kada  je prekidač otvoren, nema napona na unutrašnjem otporu, a onda je U = E

 

 

Strujno kolo kroz koje teče ista jačina struje u cijelom kolu naziva se jednostavno strujno kolo.

 

Gdje je:

U= IR Napon spoljašnjeg dijela strujnog kola

E = emf baterije (V)

I = jačina struje  (A)

r = vrijednost unutrašnjeg otpora (Om)

(Ir = pad napona na izvoru)

 

Primjenimo Omov zakon na cijelo strujno kolo

Znamo Ohmov zakon za dio strujnog kola,

Napon baterije,

To je pad napona baterije. Budući da unutrašnji otpor baterije pada.

Napon sijalice 

Baterija i sijalica imaju istu  jačinu struje I.

Jačina struje za cijelo strujno kolo je:

 

Može se reći da je jačina struje u strujnom kolu proporcionalna elektromotornoj sili  kola, a obratno proporcionalna zbiru spoljašnjeg i unutrašnjeg otpora strujnog kola. Povećanjem elektromotorne sile povećava se i jačina struje, dok  se smanjenjem otpora jačina struje povećava.

LEAVE A REPLY